Datecom-HCIA-04 网络层协议及IP编址


IPv4 (Internet Protocol Version 4)协议族是TCP/IP协议族中最为核心的协议族。它工作在TCP/IP协议栈的网络层,该层与OSI参考模型的网络层相对应。
网络层提供了无连接数据传输服务,即网络在发送数据报文时不需要先建立连接,每一个IP数据报文独立发送。
在本文中,将介绍IPv4地址的基本概念,介绍如何进行子网划分,并且会介绍网络IP地址规划和IP地址的基本配置。、

网络层协议

网络层协议

网络层经常被称为IP层。但网络层协议并不只是IP协议,还包括ICMP(Internet Control MessageProtocol)协议、IPX(Internet Packet Exchange)协议等。

IP协议

IP是Internet Protocol的缩写。 Internet Protocol本身是一个协议文件的名称,该协议文件的内容非常少,主要是定义并阐述了IP报文的格式。
经常被提及的IP,一般不是特指Internet Protocol这个协议文件本身,而是泛指直接或间接与IP协议相关的任何内容。

数据封装

IPv4报文格式

数据包分片

将报文分割成多个片段的过程叫做分片。
网络中转发的IP报文的长度可以不同,但如果报文长度超过了数据链路所支持的最大长度,则报文就需要分割成若干个较小的片段才能够在链路上传输。

生存时间 (Time to Live, TTL)

TTL字段设置了数据包可以经过的路由器数目。
一旦经过一个路由器,TTL值就会减1,当该字段值为0时,数据包将被丢弃

协议号 (Protocol)

IP报文头中的协议号字段标识了将会继续处理该报文的协议。
即指出此数据包携带的数据使用何种协议,以便目的主机的IP层将数据部分上报给哪个进程处理。

IPv4地址介绍

概念

什么是IP地址

IP地址在网络中用于标识一个节点(或者网络设备的接口)。
IP地址用于IP报文在网络中的寻址。

IP地址表示

一个IPv4地址有32 bit。
IPv4地址通常采用“点分十进制”表示。
IPv4地址范围:0.0.0.0~255.255.255.255

IP地址构成

网络部分:用来标识一个网络。
主机部分:用来区分一个网络内的不同主机。
网络掩码:区分一个IP地址中的网络部分及主机部分。

IP地址寻址

网络部分:用来标识一个网络,代表IP地址所属网络。
主机部分:用来区分一个网络内的不同主机,能唯一标识网段上的某台设备。

地址分类

IP地址分类 (有类编址)

为了方便IP地址的管理及组网,IP地址分成五类:

A/B/C类默认网络掩码
A类:8 bit, 0.0.0.0~127.255.255.255/8
B类:16 bit,128.0.0.0~191.255.255.255/16
C类:24 bit,192.0.0.0~223.255.255.255/24

IP地址类型

我们通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段。
网络地址:用于标识一个网络。
例如:192.168.10.0/24

广播地址:用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址。
例如:192.168.10.255/24

可用地址:可分配给网络中的节点或网络设备接口的地址。
例如:192.168.10.1/24

注意
网络地址和广播地址不能直接被节点或网络设备所使用。
一个网段可用地址数量为:2ⁿ-2(n:主机部分的比特位数)

地址计算

IP地址计算

例:172.16.10.1/16这个B类地址的网络地址、广播地址以及可用地址数分别是?

私网IP地址

公网IP地址:IP地址是由IANA统一分配的,以保证任何一个IP地址在Internet上的唯一性。这里的IP地址是指公网IP地址。
私网IP地址:实际上一些网络不需要连接到Internet,比如一个大学的封闭实验室内的网络,只要同一网络中的网络设备的IP地址不冲突即可。在IP地址空间里,A、B、C三类地址中各预留了一些地址专门用于上述情况,称为私网IP地址。
A类:10.0.0.0~10.255.255.255
B类:172.16.0.0~172.31.255.255
C类:192.168.0.0~192.168.255.255

特殊地址

IP地址空间中,有一些特殊的IP地址,这些IP地址有特殊的含义和作用,举例如下。

特殊IP地址 地址范围 作用
有限广播地址 255.255.255.255 可作为目的地址,发往该网段所有主机(受限于网关)
任意地址 0.0.0.0 “任何网络”的网络地址;“这个网络上这个主机接口”的IP地址
环回地址 127.0.0.0/8 测试设备自身的软件系统
本地链路地址 169.254.0.0/24 当主机自动获取地址失败后,可使用该网段中的某个地址进行临时通信

IPv4 vs IPv6

IPv4 vs IPv6
由全球IP地址分配机构,IANA (Internet Assigned Numbers Authority)管理的IPv4地址,于2011年完全用尽。随着最后一个IPv4公网地址分配完毕,加上接入公网的用户及设备越来越多,IPv4地址枯竭的问题日益严重,这是当前IPv6替代IPv4的最大源动力。

子网划分

为什么要划分子网


一个B类地址用于一个广播域,地址浪费。广播域太庞大,一旦发生广播,内网不堪重负。
将一个网络号划分成多个子网,每个子网分配给一个独立的广播域。
如此一来广播域的规模更小、网络规划更加合理。
IP地址得到了合理利用。

如何进行子网划分 - 原网段分析

例如:192.168.10.0/24网段

网络地址:192.168.10.0/24
广播地址:192.168.10.255
IP地址数: 28=256个
可用IP地址数:28-2=254个

如何进行子网划分 - 向主机借位

向主机借位,形成子网。

IP地址数: 2^7=128个
可用IP地址数:27-2=126个

如何进行子网划分 - 计算子网网络地址

主机位全为0,计算子网网络地址。

如何进行子网划分 - 计算子网广播地址

主机位全为1,计算子网广播地址。

练习:计算子网

问题:现有一个C类网络地址段192.168.1.0/24,请使用可变长子网掩码给三个子网分别分配IP地址。
计算:(以10台主机为例)
步骤1:计算所需主机位
2n-2≥10
n ≥ 4位,主机位
步骤2:向主机位借位

计算:(以10台主机为例)
步骤3:计算子网网络地址

IPv4地址配置及基本应用

IP地址的基础配置命令

  1. 进入接口视图
    [Huawei] interface interface-type interface-number
    通过此命令可以进入指定的接口视图,配置接口的相关属性。
    interface-type interface-number:指定接口类型和接口编号。接口类型和接口编号之间可以输入空格也可以不输入空格。
  2. 配置接口的IP地址
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] ip address ip-address { mask | mask-length }
    在接口视图下,通过此命令来给网络设备上的接口配置IP地址,实现网络的互连。
    ip-address:指定接口的IP地址,点分十进制形式。
    mask:指定子网掩码,点分十进制形式。
    mask-length:指定掩码长度,整数形式,取值范围是0~32。

案例:配置接口IP地址


在上述两台路由器互联的网络中,配置设备的互联物理接口地址以及各自的逻辑地址。
配置物理接口地址:

[RTA] interface gigabitethernet 0/0/1
[RTA-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
[RTA-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.1.1 24

配置逻辑接口地址:

[RTA] interface LoopBack 0
[RTA-LoopBack0] ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
[RTA-LoopBack0] ip address 1.1.1.1 32

在IP网络上,如果用户要将一台计算机连接到Internet上,就需要向因特网服务提供
方ISP(Internet Service Provider)申请一个IP地址。
• 在文中,我们介绍了IP协议的基本概况,并介绍了IPv4地址的相关概念以及如何
进行子网划分。
• 在文中,我们还介绍了网络IP地址规划以及IP地址的基本配置

posted @   Liam-Wu  阅读(41)  评论(0编辑  收藏  举报
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